JP2003229614A - Magnetic material, magnetoresistance effect device using such magnetic material and magnetic device using such magneto resistive effect device - Google Patents

Magnetic material, magnetoresistance effect device using such magnetic material and magnetic device using such magneto resistive effect device

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JP2003229614A
JP2003229614A JP2002028508A JP2002028508A JP2003229614A JP 2003229614 A JP2003229614 A JP 2003229614A JP 2002028508 A JP2002028508 A JP 2002028508A JP 2002028508 A JP2002028508 A JP 2002028508A JP 2003229614 A JP2003229614 A JP 2003229614A
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magnetic
magnetoresistive effect
effect element
layer
magnetic material
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Takeharu Kuroiwa
丈晴 黒岩
Takashi Osanaga
隆志 長永
Yutaka Takada
裕 高田
Koichiro Inomata
浩一郎 猪俣
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic material using a new half metal, to provide a magnetoresistance effect device in which a high tunnel magneto resistance effect can be obtained by producing the magnetoresistance effect device by using such a magnetic material, and further to provide a magnetic device using such a magneto resistance effect device. <P>SOLUTION: The magnetoresistance effect device is provided with a fixed layer 3 composed of a ferromagnetic substance, an insulating layer 4 formed on that fixed layer, and a free layer 5 formed on that insulating layer and composed of a ferromagnetic substance. Any one of or both the fixed layer 3 and the free layer 5 are each composed of a metal oxide having a spinel structure expressed by M<SB>x</SB>Fe<SB>3-x</SB>O<SB>4</SB>and (x) fulfills the condition of 0<x<0.5. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、スピネル構造を有
する金属酸化物からなる磁性材料に関し、さらにこの磁
性材料を用いた磁気抵抗効果素子、およびこの磁気抵抗
効果素子を用いた磁気デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic material made of a metal oxide having a spinel structure, a magnetoresistive effect element using the magnetic material, and a magnetic device using the magnetoresistive effect element.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気抵抗効果とは、強磁性体に磁場を印
加した場合にその電気抵抗が変化する現象のことをい
う。この磁気抵抗効果を利用したものとして、磁気セン
サや磁気ヘッドなどが挙げられる。従来、これらに用い
られる磁性材料として、Fe−Ni合金であるパーマロ
イ薄膜などがあった。このパーマロイ薄膜の磁気抵抗変
化率は2〜3%程度と低く、十分な感度が得られていな
かった。
2. Description of the Related Art The magnetoresistive effect is a phenomenon in which the electric resistance of a ferromagnetic material changes when a magnetic field is applied to the ferromagnetic material. Magnetic sensors, magnetic heads, and the like can be cited as examples that utilize this magnetoresistive effect. Conventionally, as a magnetic material used for these, there has been a Fe-Ni alloy permalloy thin film. The magnetic resistance change rate of this permalloy thin film was as low as about 2 to 3%, and sufficient sensitivity was not obtained.

【0003】一方、近年、新しいメカニズムに基づく非
常に大きな磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果素子とし
て、GMR(Giant Magnetoresistance)が注目されて
いる。GMRは、磁性層と非磁性層とを数nm程度の周
期で交互に積層し、非磁性層を介して相対する位置にあ
る磁性層の磁気モーメントを反平行状態で磁気的に結合
した人工格子膜である。このGMRとしては、たとえば
Fe/Crの人工格子膜(M.N.Baibich et al., Physic
al Review Letters, Vol.61, No.21, pp.2472-2475, Th
e American Physical Society, 1988年発行)や、Co
/Cuの人工格子膜(S.S.P.Parkin et al., Physical
Review Letters, Vol.66, No.16, pp.2152-2155, The A
merican Physical Society, 1991年発行)などが見出さ
れている。
On the other hand, in recent years, GMR (Giant Magnetoresistance) has attracted attention as a magnetoresistive effect element exhibiting a very large magnetoresistive effect based on a new mechanism. GMR is an artificial lattice in which magnetic layers and non-magnetic layers are alternately laminated at a period of about several nm, and magnetic moments of magnetic layers at opposite positions are magnetically coupled in an antiparallel state. It is a film. As this GMR, for example, an artificial lattice film of Fe / Cr (MNBaibich et al., Physic
al Review Letters, Vol.61, No.21, pp.2472-2475, Th
e American Physical Society, 1988), Co
/ Cu artificial lattice film (SSPParkin et al., Physical
Review Letters, Vol.66, No.16, pp.2152-2155, The A
The American Physical Society, published in 1991) has been found.

【0004】また、小さな磁場でスピンをスイッチでき
るGMRとしては、非磁性金属層を介して強磁性体層を
積層したスピンバルブ膜が知られている。このGMRで
は、強磁性体層間の交換結合がなくなる程度に非磁性金
属層の膜厚を大きくし、かつ一方の強磁性体層に接する
ようにFeMnやIrMnなどの反強磁性膜を配置して
交換結合させている。これにより、反強磁性膜に接する
強磁性体層(固定層)の磁気モーメントが固定され、他
方の強磁性体層(フリー層)のスピンを外部磁場によっ
て容易にスイッチできるようになる。このスピンバルブ
膜を磁気抵抗効果素子として用いることにより、上述の
人工格子膜よりも高い感度の磁気抵抗効果素子を構成す
ることが可能となる。
As a GMR capable of switching spins with a small magnetic field, a spin valve film in which ferromagnetic layers are laminated with a nonmagnetic metal layer is known. In this GMR, the thickness of the nonmagnetic metal layer is increased to the extent that exchange coupling between the ferromagnetic layers is eliminated, and an antiferromagnetic film such as FeMn or IrMn is arranged so as to be in contact with one of the ferromagnetic layers. Exchange coupled. As a result, the magnetic moment of the ferromagnetic layer (fixed layer) in contact with the antiferromagnetic film is fixed, and the spin of the other ferromagnetic layer (free layer) can be easily switched by the external magnetic field. By using this spin valve film as a magnetoresistive effect element, it becomes possible to construct a magnetoresistive effect element having higher sensitivity than the artificial lattice film described above.

【0005】以上において説明した磁気抵抗効果素子
は、膜面と平行な方向に電流を流した場合に磁気抵抗効
果が得られるものであるが、一方で膜面に対して垂直な
方向に電流を流した場合に磁気抵抗効果が得られる磁気
抵抗効果素子も知られている(W.P.Pratt et al., Phys
ical Review Letters, Vol.66, No.23, pp.3060-3063,T
he American Physical Society, 1991年発行)。
The magnetoresistive effect element described above obtains a magnetoresistive effect when a current is passed in a direction parallel to the film surface, while a current is passed in a direction perpendicular to the film surface. A magnetoresistive element that produces a magnetoresistive effect when flowing is also known (WPPratt et al., Phys
ical Review Letters, Vol.66, No.23, pp.3060-3063, T
he American Physical Society, 1991).

【0006】また、2層の強磁性体層の間に薄い絶縁層
を設けることにより、高い磁気抵抗効果が得られるTM
R(Tunnel Magenetoresistance)が見出されている
(T.Miyazaki et al. Journal of Magnetism and Magne
tic Materials 139, pp. 231-234, Elsevier Science
B.V., 1995年発行)。このTMRにおける磁気抵抗効果
は、膜面に対して垂直な方向のトンネル電流の大きさが
フリー層のスピンの方向により異なることを利用したも
のであり、特にトンネル磁気抵抗効果と呼ばれている。
A high magnetoresistive effect can be obtained by providing a thin insulating layer between two ferromagnetic layers.
R (Tunnel Magenetoresistance) has been found (T. Miyazaki et al. Journal of Magnetism and Magne
tic Materials 139, pp. 231-234, Elsevier Science
BV, issued in 1995). The magnetoresistive effect in this TMR utilizes the fact that the magnitude of the tunnel current in the direction perpendicular to the film surface varies depending on the spin direction of the free layer, and is particularly called the tunnel magnetoresistive effect.

【0007】さらには、絶縁層を2つ備えた強磁性体層
/絶縁層/強磁性体層/絶縁層/強磁性体層の5層から
なる強磁性2重トンネル磁気抵抗効果素子(K.Inomata
et al., Journal of Applied Physics, Vol.87, No 9,
pp.6064-6066, American Institute of Physics, 2000
年発行)や、この強磁性2重トンネル磁気効果素子にお
いて中央の強磁性体を微粒子状にしたグラニュラー構造
を有する強磁性2重トンネル磁気抵抗効果素子(K.Inom
ata et al., Journal of Applied Physics, Vol.73, No
8, pp.1143-1145, American Institute of Physics, 2
000年発行)が、本発明者らによって提案されている。
Furthermore, a ferromagnetic double tunnel magnetoresistive element (K. K., comprising five layers of ferromagnetic material layer / insulating layer / ferromagnetic material layer / insulating layer / ferromagnetic material layer having two insulating layers). Inomata
et al., Journal of Applied Physics, Vol.87, No 9,
pp.6064-6066, American Institute of Physics, 2000
Issue), and a ferromagnetic double tunnel magnetoresistive effect element (K. Inom) having a granular structure in which the central ferromagnetic material is made into fine particles in this ferromagnetic double tunnel magnetic effect element.
ata et al., Journal of Applied Physics, Vol.73, No
8, pp.1143-1145, American Institute of Physics, 2
000 years) has been proposed by the present inventors.

【0008】上述のTMRにおける磁気抵抗変化率MR
は、一般に強磁性体のスピン偏極率Pに依存し、理論上
次式で与えられる。
Magnetoresistance change rate MR in the above-mentioned TMR
Generally depends on the spin polarization P of the ferromagnetic material and is theoretically given by the following equation.

【0009】 MR = 2P12/(1−P12) ・・・・・・・・(1) ここで、P1は第1の強磁性体のスピン偏極率、P2は第
2の強磁性体のスピン偏極率である。なお、スピン偏極
率とは、電気伝導に寄与する最外殻の電子のアップスピ
ンとダウンスピンの偏り具合を表わすものであり、0≦
P≦1の値をとる。現在得られている室温における最大
の磁気抵抗変化率は、CoFe合金を用いた場合の0.
5程度である。
MR = 2P 1 P 2 / (1-P 1 P 2 ) ... (1) where P 1 is the spin polarization of the first ferromagnetic material, and P 2 is It is the spin polarization of the second ferromagnet. The spin polarization is a degree of deviation between up-spin and down-spin of electrons in the outermost shell that contribute to electric conduction, and 0 ≦
It takes a value of P ≦ 1. The maximum rate of change in magnetoresistance at room temperature obtained at present is 0.
It is about 5.

【0010】TMRは温度安定性に優れ、使用温度範囲
が広いという特徴があるため、既に磁気ヘッドや磁気セ
ンサに応用されており、最近では磁気記録素子(磁気抵
抗効果メモリ、MRAM(Magnetic Random Access Mem
ory)など)にも応用されつつある。
Since the TMR is excellent in temperature stability and has a wide operating temperature range, it has already been applied to a magnetic head and a magnetic sensor, and recently, a magnetic recording element (magnetoresistive effect memory, MRAM (Magnetic Random Access). Mem
ory) etc.) is being applied to.

【0011】たとえば、MRAMではTMRをマトリク
ス状に配設し、このTMRの近傍に設けられた配線に電
流を流すことによってTMRに磁場を印加し、フリー層
の磁化の向きを平行/反平行に制御することによって、
TMRにデータが書込まれる。また、読出し時には、上
述のトンネル磁気抵抗効果を用いて、TMRの膜面と垂
直な方向に電流を流すことによってデータが検出され
る。しかし、MRAMでは、高密度化のために素子サイ
ズを小さくすると素子ばらつきに伴うノイズが増大し、
現状の磁気抵抗変化率では不足するという問題がある。
したがって、より大きな磁気抵抗変化率を示すTMRの
開発が必要である。
For example, in the MRAM, TMRs are arranged in a matrix, and a magnetic field is applied to the TMRs by passing a current through a wiring provided in the vicinity of the TMRs, so that the magnetization directions of the free layer are parallel / antiparallel. By controlling
Data is written in TMR. Further, at the time of reading, data is detected by flowing a current in the direction perpendicular to the film surface of the TMR by using the tunnel magnetoresistive effect described above. However, in the MRAM, if the element size is reduced for higher density, noise due to element variation increases,
There is a problem that the current magnetoresistance change rate is insufficient.
Therefore, it is necessary to develop a TMR that exhibits a larger magnetoresistance change rate.

【0012】(1)式からわかるように、P=1の磁性
体を用いると無限に大きなTMRが期待される。P=1
の磁性体は一般にハーフメタルと呼ばれ、これまでに、
NiMnSb、Fe84、CrO2、(La−Sr)M
nO4、Th2MnO7、Sr2FeMoO6など、種々の
ハーフメタルが開発されている。しかしながら、これら
のハーフメタルを用いてTMRの製作が試みられたが、
いずれも室温の磁気抵抗変化率は期待に反して小さく、
10%程度に留まっている。なお、ここで実際に試作さ
れた磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率(MR比)の算
出は、フリー層の磁化の向きが固定層の磁化の向きと平
行なときのトンネル抵抗をR1とし、反平行なときのト
ンネル抵抗をR2とすると、 MR比(%) = 100×(R2−R1)/R1 ・・・・・・・・(2) で表わされる。
As can be seen from the equation (1), an infinitely large TMR is expected when a magnetic material with P = 1 is used. P = 1
The magnetic material of is generally called half metal, and so far,
NiMnSb, Fe 8 O 4, CrO 2, (La-Sr) M
Various half metals such as nO 4 , Th 2 MnO 7 and Sr 2 FeMoO 6 have been developed. However, although an attempt was made to produce TMR using these half metals,
In both cases, the magnetoresistance change rate at room temperature was small, contrary to expectations,
It remains around 10%. The magnetoresistance change rate (MR ratio) of the actually manufactured magnetoresistive effect element is calculated here with R 1 as the tunnel resistance when the magnetization direction of the free layer is parallel to the magnetization direction of the fixed layer. , MR ratio (%) = 100 × (R 2 −R 1 ) / R 1 (2) where R 2 is the tunnel resistance when antiparallel.

【0013】ごく最近、絶縁体のα−Fe23マトリッ
クス中にZn0.41Fe2.594結晶粒を分散させたグラ
ニュラー構造において、室温で158%という大きなT
MRが観測された(P.Chen et al., Physical Review L
etters, Vol.87, No.10, 107202, The American Physic
al Society, 2001年発行)。この材料は、ZnOとFe
(NO33・9H2Oとを用いてゾルゲル法で製作した
混合体粉末を1100℃で仮焼きした後に粉砕して得ら
れた粉末をディスク状に圧縮成形し、1400℃で焼結
したバルク材料である。しかしながら、グラニュラー構
造であるため結晶粒の配向は不規則であり、したがって
158%のTMRが発現する磁場は5kOe(≒3.9
3×106A/m)以上と非常に大きい。このため実用
性の点で難があると思われる。
Most recently, in a granular structure in which Zn 0.41 Fe 2.59 O 4 crystal grains are dispersed in an insulating α-Fe 2 O 3 matrix, a large T of 158% at room temperature is obtained.
MR was observed (P. Chen et al., Physical Review L
etters, Vol.87, No.10, 107202, The American Physic
al Society, published 2001). This material is ZnO and Fe
(NO 3) 3 · 9H 2 O and the powder obtained by pulverizing after calcination at 1100 ° C. The mixture powder was prepared by sol-gel method using a compression molded into a disk shape, and sintered at 1400 ° C. It is a bulk material. However, because of the granular structure, the orientation of the crystal grains is irregular, and therefore the magnetic field in which 158% TMR develops is 5 kOe (≈3.9).
3 × 10 6 A / m) or more, which is extremely large. Therefore, there seems to be a problem in terms of practicality.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、新しいハーフメタルを用いた磁性材料を提供
し、これを用いて磁気抵抗効果素子を製作することによ
って、高いトンネル磁気抵抗効果が得られる磁気抵抗効
果素子を提供することにあり、さらにはこの磁気抵抗効
果素子を用いた磁気デバイスを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic material using a new half metal, and to manufacture a magnetoresistive effect element using this, to obtain a high tunnel magnetoresistive effect. Another object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect element, and further to provide a magnetic device using this magnetoresistive effect element.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に基づく磁性材料
は、金属酸化物を含む磁性材料であって、金属酸化物
は、一般式MxFe3-x4で表わされるスピネル構造を有
し、MはZnまたはMnのいずれかであり、かつxは0
<x<0.5を満たしている。
The magnetic material according to the present invention is a magnetic material containing a metal oxide, and the metal oxide has a spinel structure represented by the general formula M x Fe 3-x O 4. , M is either Zn or Mn, and x is 0
<X <0.5 is satisfied.

【0016】本発明者らは、より高い磁気抵抗効果の得
られる磁性材料を開発すべくハーフメタルに着目し、鋭
意研究を行なってきた。その結果、MxFe3-x4で表わ
されるスピネル構造を有する金属酸化物であって、Mは
ZnまたはMnのいずれかであり、かつxは0<x<
0.5を満たした磁性材料において、高い磁気抵抗効果
が得られることを知見し、本発明を完成させるに至っ
た。本発明の最大の特徴は、上記組成とすることによ
り、室温において小さな磁場で高い磁気抵抗効果が得ら
れるとともに、各種の磁気デバイスなどに応用する場合
に実用可能な抵抗値である点にある。既知の磁性材料に
おいては、高い磁気抵抗効果を有し、かつその抵抗値が
実用可能な範囲内であるものは見出されていなかった。
The present inventors have focused their attention on half metal and have conducted earnest research in order to develop a magnetic material with a higher magnetoresistive effect. As a result, a metal oxide having a spinel structure represented by M x Fe 3-x O 4 , M is either Zn or Mn, and x is 0 <x <
The inventors have found that a magnetic material satisfying 0.5 can provide a high magnetoresistive effect, and have completed the present invention. The most significant feature of the present invention is that the above composition provides a high magnetoresistive effect in a small magnetic field at room temperature and has a practical resistance value when applied to various magnetic devices and the like. No known magnetic material has a high magnetoresistive effect and its resistance value is within a practical range.

【0017】本発明に基づく磁気抵抗効果素子は、第1
の強磁性体層と、第1の強磁性体層の上に形成された絶
縁層と、絶縁層の上に形成された第2の強磁性体層とを
含む磁気抵抗効果素子であって、第1の強磁性体層と第
2の強磁性体層のうちの少なくとも一方が、一般式Mx
Fe3-x4で表わされるスピネル構造を有する金属酸化
物を含んでおり、MはZnまたはMnのいずれかであ
り、かつxは0<x<0.5を満たしている。
A magnetoresistive effect element according to the present invention comprises:
A ferromagnetic layer, an insulating layer formed on the first ferromagnetic layer, and a second ferromagnetic layer formed on the insulating layer. At least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer has a general formula M x
It contains a metal oxide having a spinel structure represented by Fe 3-x O 4 , M is either Zn or Mn, and x satisfies 0 <x <0.5.

【0018】このように、上述の磁性材料を用いて強磁
性体層/絶縁層/強磁性体層の強磁性トンネル接合を製
作することにより、高い磁気抵抗効果を有するトンネル
磁気抵抗効果素子を提供することが可能になる。
As described above, a tunnel magnetoresistive effect element having a high magnetoresistive effect is provided by manufacturing a ferromagnetic tunnel junction of a ferromagnetic layer / insulating layer / ferromagnetic layer using the above magnetic material. It becomes possible to do.

【0019】また、本発明に基づく磁気抵抗効果素子
は、絶縁層中に粒状の磁性材料を散在させたグラニュラ
ー構造を有する磁気抵抗効果素子であって、磁性材料が
一般式MxFe3-x4で表わされるスピネル構造を有する
金属酸化物を含んでおり、MはZnまたはMnのいずれ
かであり、かつxは0<x<0.5を満たしている。
The magnetoresistive effect element according to the present invention is a magnetoresistive effect element having a granular structure in which granular magnetic materials are dispersed in an insulating layer, and the magnetic material is represented by the general formula M x Fe 3-x. It contains a metal oxide having a spinel structure represented by O 4 , M is either Zn or Mn, and x satisfies 0 <x <0.5.

【0020】このように、絶縁層中に粒状の磁性材料を
散在させたグラニュラー構造を有する磁気抵抗効果素子
にあっても、粒状の磁性材料を上述の条件を満たす磁性
材料とすることにより、高い磁気抵抗効果が得られるよ
うになる。
As described above, even in the magnetoresistive effect element having the granular structure in which the granular magnetic material is dispersed in the insulating layer, it is possible to obtain a high magnetic resistance by using the granular magnetic material as the magnetic material satisfying the above condition. The magnetoresistive effect can be obtained.

【0021】本発明に基づく磁気デバイスは、上述のい
ずれかの磁気抵抗効果素子を用いて構成されている。
A magnetic device according to the present invention is constructed using any of the magnetoresistive effect elements described above.

【0022】このように、上述のいずれかの磁気抵抗効
果素子を用いた磁気デバイスを製作することにより、高
性能の磁気デバイスを提供することが可能になる。な
お、磁気デバイスとしては、磁気ヘッドや磁気センサ、
磁気抵抗効果メモリ、MRAMなどが考えられる。
As described above, by manufacturing a magnetic device using any of the magnetoresistive effect elements described above, it becomes possible to provide a high-performance magnetic device. As the magnetic device, a magnetic head, a magnetic sensor,
Magnetoresistive memory, MRAM, etc. are considered.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】スピネル構造を有する金属酸化物の一種で
あるスピネルフェライトは、一般にMFe24なる化学
式で表わされ、その単位格子は、図1に示すような部分
Iおよび部分IIが立体的に交互に配置された構造をと
る。ここで、MはZn、Mn、Fe、Co、Ni、C
u、Mg、Liなどの2価のイオンであり、Feは3価
の鉄イオンである。スピネルフェライトの単位胞は、分
子式MFe24で表わされる8個分のイオンから構成さ
れ、金属イオンの入る位置は結晶学的に異なるAサイト
およびBサイトの2つのサイトがある。
Spinel ferrite, which is a type of metal oxide having a spinel structure, is generally represented by the chemical formula MFe 2 O 4 , and its unit cell has a three-dimensional structure in which parts I and II shown in FIG. It has an alternating structure. Here, M is Zn, Mn, Fe, Co, Ni, C
Fe is a divalent ion such as u, Mg and Li, and Fe is a trivalent iron ion. The unit cell of spinel ferrite is composed of 8 ions represented by the molecular formula MFe 2 O 4 , and there are two sites, A site and B site, in which the metal ions enter crystallographically different.

【0025】部分Iおよび部分IIを通じて、O2-イオ
ンは面心立方パッキングを示す。部分Iでは、Oの8面
体6配位の隙間(Bサイト)にFeイオンが位置し、部
分IIでは、Oの4面体4配位の隙間(Aサイト)にM
イオンが位置する。この金属イオンの入り方の違いで正
スピネルと逆スピネルとがある。2価のイオンMがAサ
イトに入るものを正スピネル、Bサイトに入るものを逆
スピネルという。したがって、正スピネルフェライトは
(M2+)[Fe3+ 2]O4、逆スピネルフェライト(Fe
3+)[Fe3+2+]O4となる。ここで( )はAサイト
を、[ ]はBサイトを表わす。正スピネルフェライト
は、MがZn、Cd、Mnの場合のみであり、それ以外
は逆スピネルフェライトであることが知られている。
Throughout Part I and Part II, O 2− ions exhibit face centered cubic packing. In the part I, Fe ions are located in the space of octahedral 6-coordination of O (B site), and in the part II, in the space of tetrahedral tetracoordination of O (A site) M.
Ion is located. There are a positive spinel and an inverse spinel depending on how the metal ions enter. The one in which the divalent ion M enters the A site is called the positive spinel, and the one in the B site is the reverse spinel. Therefore, the positive spinel ferrite is (M 2+ ) [Fe 3+ 2 ] O 4 and the reverse spinel ferrite (Fe
3+ ) [Fe 3+ M 2+ ] O 4 . Here, () represents the A site, and [] represents the B site. It is known that the positive spinel ferrite is only the case where M is Zn, Cd, and Mn, and the other is the reverse spinel ferrite.

【0026】スピネルフェライトでは、AサイトとBサ
イト間(A−B間)の負の交換相互作用が最も大きく、
A−A間およびB−B間のそれは負の小さな値である。
したがって、逆スピネルフェライトでは、Mn2+のスピ
ンの大きさのみで磁化の値が決まる。一方、正スピネル
フィライトでは、Mが非磁性元素の場合にはA−B間の
交換相互作用は0であり、B−B間の負の交換相互作用
によって反強磁性体となる。そのため、Znフェライト
やCdフェライトは反強磁性体である。
In spinel ferrite, the negative exchange interaction between A site and B site (between A and B) is the largest,
It is a small negative value between A and A and between B and B.
Therefore, in the inverse spinel ferrite, the magnetization value is determined only by the magnitude of the spin of Mn 2+ . On the other hand, in the case of positive spinel phyllite, the exchange interaction between A and B is 0 when M is a non-magnetic element, and the negative spin interaction between B and B makes it an antiferromagnetic material. Therefore, Zn ferrite and Cd ferrite are antiferromagnetic materials.

【0027】また、正スピネルフィライトにおいてMの
量が1より小さい場合には、Mの不足した位置をFe3+
が占めることになり、(MxFe1-x)[Fe2]O4とな
る。この結果、Mが非磁性元素でも(1+x)個のFe
3+に相当する磁化が生じ、強磁性体となる。
When the amount of M in the positive spinel phyllite is smaller than 1, the position where M is insufficient is Fe 3+.
Occupies, and becomes (M x Fe 1-x ) [Fe 2 ] O 4 . As a result, even if M is a non-magnetic element, (1 + x) Fe
Magnetization corresponding to 3+ occurs and becomes a ferromagnetic material.

【0028】一般に、酸化物磁性体はフント結合が大き
く、ハーフメタルを示すものが多い。スピネルフェライ
トの一種であるマグネタイト(Fe34)もハーフメタ
ルであり、それを用いたトンネル磁気抵抗効果素子が製
作されている。しかし、Feの酸化物はFe23の方が
安定であるため、マグネタイトの製作は非常に困難であ
り、これが大きな磁気抵抗変化率が得られていない原因
であると思われる。
In general, many oxide magnetic materials have a large Hund's bond and exhibit a half metal. Magnetite (Fe 3 O 4 ) which is a kind of spinel ferrite is also a half metal, and a tunnel magnetoresistive effect element using the same is manufactured. However, since Fe 2 O 3 is more stable as an oxide of Fe, it is very difficult to manufacture magnetite, and this seems to be the reason why a large magnetoresistance change rate is not obtained.

【0029】本発明の磁性材料は、MがZn、Mnまた
はこれらの混合体からなる正スピネルフェライトMxFe
3-x4(0<x<0.5)を用いるものであり、これに
よって室温にて大きなTMRが得られることを見出した
ことによる。なお、x=0のときはマグネタイトを表わ
す組成であるため製作が困難であり、x≧0.5ではキ
ュリー点が室温以下になるため、室温にて大きな磁気抵
抗変化率が得られない。また、MをZn、Mnおよびこ
れらの混合体に限ったのは、その他の材料では抵抗が大
きすぎて磁気抵抗効果素子として使用するには実用的で
ないためである。
The magnetic material of the present invention has a positive spinel ferrite M x Fe in which M is Zn, Mn or a mixture thereof.
It is based on the finding that a large TMR is obtained at room temperature by using 3-x O 4 (0 <x <0.5). It should be noted that when x = 0, it is difficult to manufacture because of the composition representing magnetite, and when x ≧ 0.5, the Curie point becomes lower than room temperature, so that a large magnetoresistance change rate cannot be obtained at room temperature. Further, M is limited to Zn, Mn, and a mixture thereof because other materials have too high a resistance and are not practical for use as a magnetoresistive effect element.

【0030】上述の磁性材料を用いたトンネル磁気抵抗
効果素子としては、図2に示すように、半導体基板1の
表面に多層積層されることによって形成されるものが考
えられる。具体的には、強磁性体層3/絶縁層4/強磁
性体層5からなるTMR10は、さらに下部電極層であ
る導電体層2および上部電極層である導電体層6によっ
て挟まれた多層積層構造を有している。また、スピンバ
ルブ膜として利用する場合には、たとえば半導体基板1
側に位置する強磁性体層3と導電体層2の間にFeMn
やIrMnなどの反強磁性体層が設けられ、交換結合に
よって強磁性体層3の磁化方向が固定される。
As the tunnel magnetoresistive effect element using the above-mentioned magnetic material, it is conceivable that it is formed by laminating multiple layers on the surface of the semiconductor substrate 1 as shown in FIG. Specifically, the TMR 10 composed of the ferromagnetic layer 3 / insulating layer 4 / ferromagnetic layer 5 is a multilayer further sandwiched by the conductor layer 2 which is the lower electrode layer and the conductor layer 6 which is the upper electrode layer. It has a laminated structure. When used as a spin valve film, for example, the semiconductor substrate 1
FeMn between the ferromagnetic layer 3 and the conductor layer 2 located on the side
An antiferromagnetic layer such as IrMn is provided, and the magnetization direction of the ferromagnetic layer 3 is fixed by exchange coupling.

【0031】また、他の磁気抵抗効果素子としては、図
3に示したようなグラニュラー構造を有する磁気抵抗効
果素子も考えられる。半導体基板1の表面に導電体層2
を積層し、さらにその上に本発明の磁性材料からなる粒
状の強磁性体層8を含む絶縁層7を積層する。さらにそ
の上に導電体層6を積層することにより、磁気抵抗効果
素子が構成される。さらには、多重トンネル接合なども
考えられ、本発明の磁気抵抗効果素子としては、上述の
組成の磁性材料を用いたトンネル磁気抵抗効果素子であ
ればいかなる形態のものでもよい。
As another magnetoresistive effect element, a magnetoresistive effect element having a granular structure as shown in FIG. 3 can be considered. Conductor layer 2 is formed on the surface of semiconductor substrate 1.
And an insulating layer 7 including a granular ferromagnetic layer 8 made of the magnetic material of the present invention is further laminated thereon. Further, by laminating the conductor layer 6 thereon, a magnetoresistive effect element is formed. Furthermore, multiple tunnel junctions are also conceivable, and the magnetoresistive effect element of the present invention may be in any form as long as it is a tunneling magnetoresistive effect element using the magnetic material having the above composition.

【0032】また、磁気抵抗効果素子に応用する場合に
は、少なくとも1つの層が上述の組成の磁性材料を含ん
でいればよい。さらには、トンネル効果をもたらす絶縁
体としては、ZnAl24、MgAl24などのスピネ
ル構造をもつ非磁性絶縁体、Al23などの酸化物、A
lNなどの窒化物、CaF2などのフッ化物など、各種
絶縁体を用いることが可能である。なお、トンネル磁気
抵抗効果素子の製作にあたっては、スパッタ法、蒸着
法、レーザアブレーション法、MBE(Molecular Beam
Epitaxy)法などの通常の薄膜作製法を用いて作製する
ことが可能である。
In the case of application to a magnetoresistive effect element, at least one layer may contain the magnetic material having the above composition. Furthermore, as an insulator which brings about the tunnel effect, a non-magnetic insulator having a spinel structure such as ZnAl 2 O 4 or MgAl 2 O 4 , an oxide such as Al 2 O 3 or A
Various insulators such as a nitride such as 1N and a fluoride such as CaF 2 can be used. When manufacturing a tunnel magnetoresistive effect element, a sputtering method, a vapor deposition method, a laser ablation method, an MBE (Molecular Beam) method, etc.
It can be manufactured using a normal thin film manufacturing method such as the Epitaxy method.

【0033】(実施例)以下、本発明の実施例について
説明する。
(Examples) Examples of the present invention will be described below.

【0034】(実施例1)図4(a)に示すように、本
実施例では本発明に基づく磁性材料を含むトンネル磁気
抵抗効果素子を製作した。具体的には、MgO(10
0)基板上に各構成材料のターゲットを用いたレーザア
ブレーション法によって、Cr(5nm)/Zn0.35
2.654(10nm)/ZnAl24(2nm)/Z
0.35Fe2.6 54(20nm)/Cr(5nm)の多
層積層膜を製作した。ここで、Cr層は下部および上部
電極である導電体層、ZnAl24層はトンネル絶縁層
である。成膜時に100Oe(≒7.85×104A/
m)の磁界を印加して、膜面内に一軸異方性を導入し
た。この結果得られた試料を断面TEM(Transmission
Electron Microscope)によって観察したところ、各素
子膜はエピタキシャル成長していることが確認できた。
Example 1 As shown in FIG. 4A, in this example, a tunnel magnetoresistive effect element containing a magnetic material according to the present invention was manufactured. Specifically, MgO (10
0) Cr (5 nm) / Zn 0.35 F on the substrate by laser ablation method using targets of each constituent material
e 2.65 O 4 (10 nm) / ZnAl 2 O 4 (2 nm) / Z
was manufactured multilayer laminated film of the n 0.35 Fe 2.6 5 O 4 ( 20nm) / Cr (5nm). Here, the Cr layer is a conductor layer serving as the lower and upper electrodes, and the ZnAl 2 O 4 layer is a tunnel insulating layer. 100 Oe (≈7.85 × 10 4 A /
The magnetic field of m) was applied to introduce uniaxial anisotropy in the film plane. A cross-sectional TEM (Transmission
Electron Microscope) confirmed that each element film was epitaxially grown.

【0035】この積層膜をフォトリソグラフィを用いて
微細加工し、4μm×4μmの微小トンネル磁気抵抗効
果素子を製作した。いわゆる4端子法を用いて磁気抵抗
を測定した結果、上下のZn0.35Fe2.654膜の保磁
力差に伴う磁気抵抗効果曲線(図4(b)参照)が得ら
れ、30Oe(≒2.36×104A/m)という小さ
な磁場で室温におけるMR比は約180%と非常に大き
い値を示した。これは、Zn0.35Fe2.654膜のスピ
ン偏極率が非常に大きいことを意味し、ハーフメタルで
あることを示唆するものである。なお、図4(b)の測
定結果においては、−50Oeから+50Oeにまで順
次磁場の大きさと方向を変化させた往路と、+50Oe
から−50Oeにまで変化させた復路とを示している。
This laminated film was microfabricated using photolithography to fabricate a micro tunnel magnetoresistive effect element of 4 μm × 4 μm. As a result of measuring the magnetic resistance using the so-called four-terminal method, a magnetoresistive effect curve (see FIG. 4B) due to the coercive force difference between the upper and lower Zn 0.35 Fe 2.65 O 4 films was obtained, and 30 Oe (≈2. With a small magnetic field of 36 × 10 4 A / m), the MR ratio at room temperature was a very large value of about 180%. This means that the Zn 0.35 Fe 2.65 O 4 film has a very high spin polarization rate and suggests that it is a half metal. In the measurement result of FIG. 4B, the forward path in which the magnitude and direction of the magnetic field were sequentially changed from −50 Oe to +50 Oe and +50 Oe.
And the return path changed from −50 Oe to −50 Oe.

【0036】(実施例2)図5(a)に示すように、本
実施例では本発明に基づく磁性材料を含む、トンネル磁
気抵抗効果素子を製作した。具体的には、MgO(10
0)基板上にMBE法によって、Cr(5nm)/Zn
0.35Fe2.654(10nm)/ZnAl24(2n
m)/Zn0.35Fe2.654(20nm)/Cr(5n
m)の多層積層膜を製作した。Cr層は下部および上部
電極である導電体層、ZnAl24層はトンネル絶縁層
である。成膜時に100Oe(≒7.85×104A/
m)の磁界を印加して、膜面内に一軸異方性を導入し
た。この結果得られた試料を断面TEMによって観察し
たところ、各素子膜はエピタキシャル成長していること
が確認できた。
Example 2 As shown in FIG. 5A, in this example, a tunnel magnetoresistive effect element containing a magnetic material according to the present invention was manufactured. Specifically, MgO (10
0) Cr (5 nm) / Zn on the substrate by MBE method
0.35 Fe 2.65 O 4 (10 nm) / ZnAl 2 O 4 (2n
m) / Zn 0.35 Fe 2.65 O 4 (20 nm) / Cr (5n
The multilayer laminated film of m) was produced. The Cr layer is a conductor layer serving as lower and upper electrodes, and the ZnAl 2 O 4 layer is a tunnel insulating layer. 100 Oe (≈7.85 × 10 4 A /
The magnetic field of m) was applied to introduce uniaxial anisotropy in the film plane. When the sample obtained as a result was observed by a cross-sectional TEM, it was confirmed that each element film was epitaxially grown.

【0037】この積層膜をフォトリソグラフィを用いて
微細加工し、4μm×4μmの微小トンネル磁気抵抗効
果素子を製作した。いわゆる4端子法を用いて磁気抵抗
を測定した結果、上下のZn0.35Fe2.654膜の保磁
力差に伴う磁気抵抗効果曲線(図5(b)参照)が得ら
れ、30Oe(≒2.36×104A/m)という小さ
な磁場で室温におけるMR比は約140%と非常に大き
い値を示した。これは、Zn0.35Fe2.654膜のスピ
ン偏極率が非常に大きいことを意味し、ハーフメタルで
あることを示唆するものである。
This laminated film was microfabricated using photolithography to fabricate a micro tunnel magnetoresistive effect element of 4 μm × 4 μm. As a result of measuring the magnetic resistance using the so-called four-terminal method, a magnetoresistive effect curve (see FIG. 5B) due to the difference in coercive force between the upper and lower Zn 0.35 Fe 2.65 O 4 films was obtained, and 30 Oe (≈2. With a small magnetic field of 36 × 10 4 A / m), the MR ratio at room temperature was a very large value of about 140%. This means that the Zn 0.35 Fe 2.65 O 4 film has a very high spin polarization rate and suggests that it is a half metal.

【0038】(実施例3)図6(a)に示すように、熱
酸化Si基板上にマグネトロンスパッタ法を用いて、C
r(5nm)/Zn0.2Fe2.84(10nm)/Al
x(2nm)/CoFe(5nm)/IrMn(5n
m)/Cr(5nm)の多層積層膜を製作した。AlO
x膜はトンネル絶縁層であり、Alをプラズマ酸化する
ことで製作した。
(Embodiment 3) As shown in FIG. 6A, C was formed on a thermally oxidized Si substrate by magnetron sputtering.
r (5 nm) / Zn 0.2 Fe 2.8 O 4 (10 nm) / Al
O x (2 nm) / CoFe (5 nm) / IrMn (5n
m) / Cr (5 nm) multilayer laminated film was produced. AlO
The x film is a tunnel insulating layer and was produced by plasma-oxidizing Al.

【0039】この積層膜をフォトリソグラフィを用いて
微細加工し、4μm×4μmの微小トンネル磁気抵抗効
果素子を製作した。いわゆる4端子法を用いて磁気抵抗
を測定した結果、図6(b)に示す磁気抵抗効果曲線が
得られ、50Oe(≒3.93×104A/m)という
小さな磁場で室温におけるMRは約75%と非常に大き
い値を示した。これは、Zn0.2Fe2.84膜のスピン
偏極率が非常に大きいことを意味し、ハーフメタルであ
ることを示唆するものである。
This laminated film was microfabricated using photolithography to fabricate a micro tunnel magnetoresistive effect element of 4 μm × 4 μm. As a result of measuring the magnetoresistance using the so-called 4-terminal method, the magnetoresistance effect curve shown in FIG. 6 (b) is obtained, and the MR at room temperature in a small magnetic field of 50 Oe (≈3.93 × 10 4 A / m) It showed a very large value of about 75%. This means that the Zn 0.2 Fe 2.8 O 4 film has a very high spin polarization rate and suggests that it is a half metal.

【0040】以上のように、本発明によれば非常に大き
なトンネル磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果素子が得
られるので、種々の磁気デバイスに応用することが考え
られる。以下、その応用例を例示する。
As described above, according to the present invention, since a magnetoresistive effect element having a very large tunnel magnetoresistive effect can be obtained, it can be considered to be applied to various magnetic devices. Hereinafter, the application example will be illustrated.

【0041】(応用例1)図7は、本発明の磁気抵抗効
果素子を磁気ヘッドに適用した場合を示す図である。磁
気ヘッドは、基体22上にTMR10を含む再生ヘッド
と、磁極23、コイル21、上磁極24からなる記録ヘ
ッド26とから形成されている。この磁気ヘッドによ
り、記録媒体上に信号の書き込みや読み取りが行なわれ
る。
(Application Example 1) FIG. 7 is a diagram showing a case where the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to a magnetic head. The magnetic head is composed of a reproducing head including the TMR 10 on a base 22, and a recording head 26 including a magnetic pole 23, a coil 21, and an upper magnetic pole 24. The magnetic head writes or reads signals on the recording medium.

【0042】図8はこの再生ヘッドの構造を説明するた
めの断面図である。図を参照して、強磁性体層3、絶縁
層4、強磁性体層5からなるTMR10は、上下の電極
層32および34に挟まれた構造をとり、さらにこれら
を挟むようにシールド31および35が位置している。
また、外部磁界の変化に応じて磁化方向が変化する強磁
性体層5の磁気的安定性を保つため、TMR10の近傍
に永久磁石33が配置され、これらとTMR10とが絶
縁膜を介して接続されている。
FIG. 8 is a sectional view for explaining the structure of this reproducing head. Referring to the figure, TMR 10 including ferromagnetic layer 3, insulating layer 4 and ferromagnetic layer 5 has a structure sandwiched between upper and lower electrode layers 32 and 34, and shield 31 and 35 is located.
Further, in order to maintain the magnetic stability of the ferromagnetic layer 5 whose magnetization direction changes according to the change of the external magnetic field, a permanent magnet 33 is arranged in the vicinity of the TMR 10, and these are connected to the TMR 10 via an insulating film. Has been done.

【0043】(応用例2)図9は、本発明の磁気抵抗効
果素子を磁気センサに適用した場合を示す回路図であ
る。磁気センサは、4個のTMR10でホイートストー
ンブリッジ回路を構成し、そのうちの2個のTMRには
磁気シールド41が施されている。本磁気センサのよう
にTMRを用いることにより、高い磁気抵抗変化率が得
られることによって感度が向上するばかりでなく、2つ
の磁性層間に絶縁層を挟んだ構造であるため高抵抗化す
ることが容易になる。また、マイクロメートルサイズの
微小な素子でも十分な高抵抗が得られ、フォトリソグラ
フィによる高密度な実装が可能になるとともに消費電力
の点でも有利になる。
(Application Example 2) FIG. 9 is a circuit diagram showing a case where the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to a magnetic sensor. In the magnetic sensor, four TMRs 10 form a Wheatstone bridge circuit, and two of them have a magnetic shield 41. By using TMR as in the present magnetic sensor, not only the sensitivity can be improved by obtaining a high magnetoresistance change rate, but also the resistance can be increased because the insulating layer is sandwiched between two magnetic layers. It will be easier. In addition, a sufficiently high resistance can be obtained even with a micrometer-sized element, which enables high-density mounting by photolithography and is advantageous in terms of power consumption.

【0044】(応用例3)図10は、本発明の磁気抵抗
効果素子を磁気メモリ装置に適用した例を示す回路構成
図である。ダイオード53とTMR10との積層体から
なるメモリセルは、マトリックス状に配列されている。
ダイオード53とTMR10との積層体はビットライン
(BL)51上に形成され、ダイオード53の一端とビ
ットライン51とが接続されている。TMR10の他端
には、ビットライン51と直交して配置されたワードラ
イン(WL)52が接続されている。
(Application Example 3) FIG. 10 is a circuit diagram showing an example in which the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to a magnetic memory device. The memory cells formed of a laminated body of the diode 53 and the TMR 10 are arranged in a matrix.
The stacked body of the diode 53 and the TMR 10 is formed on the bit line (BL) 51, and one end of the diode 53 and the bit line 51 are connected. A word line (WL) 52 arranged orthogonal to the bit line 51 is connected to the other end of the TMR 10.

【0045】(応用例4)図11および図12は、本発
明の磁気抵抗効果素子をMRAMに適用した場合の例を
示す回路構成図およびメモリセル部分の断面図である。
図12に示すように、シリコン基板60にゲート電極6
3、ソース/ドレイン領域65,66からなるトランジ
スタ64が形成されている。ゲート電極63は、読み出
し用のワードライン(WL)を構成している。ゲート電
極63上には、層間絶縁層を介して書き込み用のデジッ
トライン(DL)62が形成されている。トランジスタ
64のドレイン領域66にはコンタクトメタル67が接
続され、さらにコンタクトメタル67には下地層68が
接続されている。この下地層68上の書き込み用のデジ
ットライン62の上方に対応する位置に、本発明のTM
R10が形成されている。このTMR10上には、ビッ
トライン61が接続されている。
Application Example 4 FIGS. 11 and 12 are a circuit configuration diagram and a sectional view of a memory cell portion showing an example in which the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to an MRAM.
As shown in FIG. 12, the gate electrode 6 is formed on the silicon substrate 60.
3, the transistor 64 including the source / drain regions 65 and 66 is formed. The gate electrode 63 constitutes a read word line (WL). A digit line (DL) 62 for writing is formed on the gate electrode 63 via an interlayer insulating layer. A contact metal 67 is connected to the drain region 66 of the transistor 64, and a base layer 68 is connected to the contact metal 67. The TM of the present invention is provided at a position above the write digit line 62 on the base layer 68.
R10 is formed. A bit line 61 is connected to the TMR 10.

【0046】図11に示すように、トランジスタ64と
TMR10とからなるメモリセルはマトリックス状に配
列されている。トランジスタ64のゲート電極を兼ねる
読み出し用のワードライン63と、書き込み用のデジッ
トライン62とは平行に配置されている。また、TMR
10の他端(上部)と接続されたビットライン61は、
ワードライン63およびデジットライン62と直交して
配置されている。
As shown in FIG. 11, the memory cells including the transistors 64 and the TMR 10 are arranged in a matrix. The read word line 63, which also serves as the gate electrode of the transistor 64, and the write digit line 62 are arranged in parallel. Also, TMR
The bit line 61 connected to the other end (upper part) of 10 is
It is arranged orthogonally to the word line 63 and the digit line 62.

【0047】以上のように、従来よりも大幅に高いMR
比が得られる本発明の磁性材料を用いて磁気抵抗効果素
子を構成し、さらにはこの磁気抵抗効果素子を用いて上
記のような各種磁気デバイスを製作することにより、高
性能の磁気デバイスを提供することが可能になる。
As described above, the MR is significantly higher than the conventional one.
A high-performance magnetic device is provided by constructing a magnetoresistive effect element using the magnetic material of the present invention capable of obtaining a ratio, and further manufacturing various magnetic devices as described above using this magnetoresistive effect element. It becomes possible to do.

【0048】なお、今回開示した上記実施の形態はすべ
ての点で例示であって、制限的なものではない。本発明
の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また
特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのす
べての変更を含むものである。
The above-described embodiment disclosed this time is an example in all respects, and is not restrictive. The technical scope of the present invention is defined by the claims, and includes the meaning equivalent to the description of the claims and all modifications within the scope.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明により、室温において非常に大き
なトンネル磁気抵抗効果を示す磁性材料が得られ、この
磁性材料を用いて磁気抵抗効果素子を形成することによ
り、MR比の非常に高い磁気抵抗効果素子を提供するこ
とが可能になる。さらには、この磁気抵抗効果素子を各
種磁気デバイスに応用することにより、高性能の磁気デ
バイスを得ることが可能となる。
According to the present invention, a magnetic material exhibiting a very large tunnel magnetoresistive effect at room temperature can be obtained. By forming a magnetoresistive effect element using this magnetic material, a magnetoresistive material having an extremely high MR ratio can be obtained. It becomes possible to provide an effect element. Furthermore, by applying this magnetoresistive effect element to various magnetic devices, high-performance magnetic devices can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 スピネルフェライトの構造を説明するための
図である。
FIG. 1 is a diagram for explaining the structure of spinel ferrite.

【図2】 本発明の実施の形態における磁気抵抗効果素
子の構造を説明するための断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of the magnetoresistive effect element according to the embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施の形態におけるグラニュラー構
造を有する磁気抵抗効果素子の構造を説明するための断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the structure of the magnetoresistive effect element having the granular structure in the embodiment of the present invention.

【図4】 (a)は、本発明の実施例1における磁気抵
抗効果素子の構造を説明するための断面図であり、
(b)は、この磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果を測定
した結果を示す図である。
FIG. 4A is a sectional view for explaining the structure of the magnetoresistive effect element in Example 1 of the present invention,
(B) is a figure showing a result of measuring a magnetoresistive effect of this magnetoresistive effect element.

【図5】 (a)は、本発明の実施例2における磁気抵
抗効果素子の構造を説明するための断面図であり、
(b)は、この磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果を測定
した結果を示す図である。
FIG. 5A is a cross-sectional view for explaining the structure of the magnetoresistive effect element according to the second embodiment of the present invention,
(B) is a figure showing a result of measuring a magnetoresistive effect of this magnetoresistive effect element.

【図6】 (a)は、本発明の実施例3における磁気抵
抗効果素子の構造を説明するための断面図であり、
(b)は、この磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果を測定
した結果を示す図である。
FIG. 6A is a sectional view for explaining the structure of a magnetoresistive effect element according to Example 3 of the present invention,
(B) is a figure showing a result of measuring a magnetoresistive effect of this magnetoresistive effect element.

【図7】 本発明の磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに応
用した場合を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a case where the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to a magnetic head.

【図8】 図7に示した再生ヘッド部分の断面図であ
る。
8 is a cross-sectional view of the reproducing head portion shown in FIG.

【図9】 本発明の磁気抵抗効果素子を磁気センサに応
用した場合を説明するための磁気センサの回路構成図で
ある。
FIG. 9 is a circuit configuration diagram of a magnetic sensor for explaining a case where the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to a magnetic sensor.

【図10】 本発明の磁気抵抗効果素子を磁気メモリに
適用した場合の磁気メモリの回路構成図である。
FIG. 10 is a circuit configuration diagram of a magnetic memory when the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to the magnetic memory.

【図11】 本発明の磁気抵抗効果素子をMRAMに適
用した場合のMRAMの回路構成図である。
FIG. 11 is a circuit configuration diagram of an MRAM when the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to the MRAM.

【図12】 本発明の磁気抵抗効果素子をMRAMに応
用した場合のMRAMのメモリセル部分の断面図であ
る。
FIG. 12 is a sectional view of a memory cell portion of an MRAM when the magnetoresistive effect element of the present invention is applied to the MRAM.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板、2 導電体層、3 強磁性体層(固定層)、
4 絶縁層、5 強磁性体層(フリー層)、6 導電体
層、7 絶縁層、8 粒状の強磁性体層、9反強磁性体
層、10 TMR、21 コイル、22 基体、23
磁極、24上磁極、26 記録ヘッド、31,35 シ
ールド、32,34 電極層、33永久磁石、41 シ
ールド、51 ビットライン、52 ワードライン、5
3ダイオード、60 基板、61 ビットライン、62
デジットライン、63ワードライン(ゲート電極)、
64 トランジスタ、65,66 ソース/ドレイン領
域、67 コンタクトメタル、68 下地層。
1 substrate, 2 conductive layer, 3 ferromagnetic layer (fixed layer),
4 insulating layers, 5 ferromagnetic layers (free layers), 6 conductive layers, 7 insulating layers, 8 granular ferromagnetic layers, 9 antiferromagnetic layers, 10 TMR, 21 coils, 22 bases, 23
Magnetic pole, 24 upper magnetic pole, 26 recording head, 31, 35 shield, 32, 34 electrode layer, 33 permanent magnet, 41 shield, 51 bit line, 52 word line, 5
3 diode, 60 substrate, 61 bit line, 62
Digit line, 63 word line (gate electrode),
64 transistor, 65, 66 source / drain region, 67 contact metal, 68 base layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 10/32 H01L 27/10 447 H01L 27/105 G01R 33/06 R (72)発明者 長永 隆志 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 高田 裕 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 猪俣 浩一郎 宮城県仙台市青葉区栗生1丁目7番地の12 Fターム(参考) 2G017 AA10 AD55 5D034 BA02 5E049 AB04 BA12 BA16 5F083 FZ10 LA12 LA16 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01F 10/32 H01L 27/10 447 H01L 27/105 G01R 33/06 R (72) Inventor Takashi Naganaga Tokyo 2-3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yutaka Takada Tokyo 2-3, Marunouchi, Chiyoda-ku Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Koichiro Inomata Sendai, Miyagi Prefecture 12 F term at 1-7 Kurio, Aoba-ku, Aichi (reference) 2G017 AA10 AD55 5D034 BA02 5E049 AB04 BA12 BA16 5F083 FZ10 LA12 LA16

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属酸化物を含む磁性材料であって、 前記金属酸化物は、一般式MxFe3-x4で表わされるス
ピネル構造を有し、 MはZnまたはMnのいずれかであり、かつxは0<x
<0.5を満たす、磁性材料。
1. A magnetic material containing a metal oxide, wherein the metal oxide has a spinel structure represented by the general formula M x Fe 3-x O 4 , and M is either Zn or Mn. Yes, and x is 0 <x
A magnetic material satisfying <0.5.
【請求項2】 第1の強磁性体層と、前記第1の強磁性
体層の上に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成
された第2の強磁性体層とを含む磁気抵抗効果素子であ
って、 前記第1の強磁性体層と前記第2の強磁性体層のうちの
少なくとも一方が、一般式MxFe3-x4で表わされるス
ピネル構造を有する金属酸化物を含んでおり、MはZn
またはMnのいずれかであり、かつxは0<x<0.5
を満たしている、磁気抵抗効果素子。
2. A first ferromagnetic material layer, an insulating layer formed on the first ferromagnetic material layer, and a second ferromagnetic material layer formed on the insulating layer. A magnetoresistive effect element including, wherein at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer has a spinel structure represented by the general formula M x Fe 3-x O 4. Contains metal oxide, M is Zn
Or Mn, and x is 0 <x <0.5.
A magnetoresistive effect element that satisfies the requirements.
【請求項3】 絶縁層中に粒状の磁性材料を散在させた
グラニュラー構造を有する磁気抵抗効果素子であって、 前記磁性材料が、一般式MxFe3-x4で表わされるスピ
ネル構造を有する金属酸化物を含んでおり、MはZnま
たはMnのいずれかであり、かつxは0<x<0.5を
満たしている、磁気抵抗効果素子。
3. A magnetoresistive effect element having a granular structure in which granular magnetic materials are scattered in an insulating layer, wherein the magnetic material has a spinel structure represented by the general formula M x Fe 3-x O 4. A magnetoresistive effect element containing a metal oxide having, M being either Zn or Mn, and x satisfying 0 <x <0.5.
【請求項4】 請求項2または3に記載の磁気抵抗効果
素子を備えた、磁気デバイス。
4. A magnetic device comprising the magnetoresistive effect element according to claim 2.
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